Wie wirken sich virtuelle Funktionen auf die Objektspeicherung und den Memberzugriff in der x86-Assembly aus?

Objektspeicherung und Member-Funktionszugriff in x86-Assembly verstehen

Strukturen und Klassen, die Bausteine ​​von Objekten, werden als zusammenhängende Blöcke im Speicher gespeichert. Das tatsächliche Speicherlayout und der Zugriff auf Member-Funktionen variieren jedoch je nach Vorhandensein virtueller Funktionen.

Strukturspeicher und Member-Zugriff

Strukturen ähneln Strukturen in C, in C sind sie es jedoch entspricht Klassen mit öffentlichen Mitgliedern als Standard. Sie werden als aufeinanderfolgende Bytes gespeichert, wobei die Mitgliedsadressen in der Reihenfolge ihrer Deklaration aufsteigen.

Zum Beispiel die folgende Struktur:

struct MyStruct {
  int a;
  float b;
  char c;
};

Würde im Speicher gespeichert als:

+---+---+---+
| a | b | c |
+---+---+---+

Um auf eine Mitgliedsfunktion zuzugreifen, generiert der Compiler Anweisungen, die die Objektadresse in ein Register (normalerweise dieses) laden und dann einen Offset verwenden, um die spezifischen Mitglieder abzurufen Adresse.

Klassenspeicher und Mitgliedszugriff

Klassen unterscheiden sich von Strukturen, wenn sie virtuelle Mitgliedsfunktionen haben. Um dies zu berücksichtigen, wird ein zusätzlicher Zeiger, der sogenannte vtable-Zeiger, als erstes Mitglied gespeichert. Dieser Zeiger zeigt auf eine Funktionstabelle, die Adressen für virtuelle Funktionen enthält.

Wenn eine virtuelle Funktion aufgerufen wird, wird der vtable-Zeiger verwendet, um die entsprechende Funktionsadresse abzurufen. Dadurch können Objekte basierend auf ihren dynamischen Typen unterschiedliche Implementierungen virtueller Funktionen haben.

Betrachten Sie beispielsweise die folgende Klassenhierarchie:

class Animal {
public:
  virtual void speak();
};

class Dog : public Animal {
public:
  void speak() override { cout << "Woof!"; }
};

class Cat : public Animal {
public:
  void speak() override { cout << "Meow!"; }
};

Ein Tierobjekt würde im Speicher gespeichert werden als:

+---+---+
| vtable | a |
+---+---+

wobei vtable auf eine Tabelle verweist, die Funktionszeiger für speak() in allen abgeleiteten Klassen enthält.

Inline Optimierung

Compiler können die Objekthandhabung auf verschiedene Weise optimieren, einschließlich der Inlinisierung von Mitgliedsfunktionen. Beispielsweise kann eine einfache Inline-Funktion, die eine Struktur zurückgibt, vollständig optimiert werden, indem alle Mitglieder in Registern bleiben und die Speicherzuweisung übersprungen wird.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Objekte in x86-Assemblys als zusammenhängende Blöcke mit Mitgliedszugriff im Speicher gespeichert werden erleichtert durch Offsets in Strukturen oder virtuelle Funktionstabellen in Klassen. Compiler nutzen Optimierungen, um die Leistung zu verbessern, einschließlich der Einbindung von Mitgliedsfunktionen und der Beibehaltung kleiner Strukturen in Registern.

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